滲透率是反映地層介質(zhì)流體通過的能力，是很重要的一個(gè)基本物理量。采用井水位潮汐響應(yīng)來反演地層滲透率是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測(cè)的好途徑，但是在反演滲透系數(shù)時(shí)，大多數(shù)研究都沒有考慮非飽和層的影響，導(dǎo)致反演得到的滲透率偏差大。因此，研究非飽和層對(duì)地下水系統(tǒng)的潮汐響應(yīng)至關(guān)重要。

在這項(xiàng)研究中，我們應(yīng)用二維多層數(shù)值模擬來研究越流含水層中非飽和流對(duì)固體潮的響應(yīng)。結(jié)果表明，地下水位以上的非飽和水流會(huì)顯著影響越流含水層的潮汐響應(yīng)，非飽和帶越厚，對(duì)地下水對(duì)固體潮的響應(yīng)影響越大。此外，引入了無量綱量ω? 來估算非飽和流影響。當(dāng)ω? > 10?0.5時(shí)，非飽和水流對(duì)潮汐響應(yīng)的影響明顯；否則，影響可以忽略。同時(shí)，應(yīng)用上述數(shù)值模型解釋了中國云南麗江井的潮汐響應(yīng)。很好地解釋了當(dāng)?shù)叵滤坏陀诘乇頃r(shí)，相移和振幅比分別以指數(shù)形式減小和增大的特點(diǎn)。

圖1 非飽和多層各向異性數(shù)值模型

圖2 非飽和層厚度的影響

圖3 非飽和層水力參數(shù)的敏感性分析

圖4 云南麗江井的潮汐響應(yīng)隨季節(jié)性的變化

本研究在如下方面有所創(chuàng)新：

1. 新方法：采用了有限元模擬的方法，和目前大多采用的解析解來反演地層滲透率，本研究給出的方法更準(zhǔn)確。

2. 新認(rèn)識(shí)：地表的非飽和層對(duì)地下越流層影響很大，如果不考慮非飽和層的影響，在反演地層滲透率時(shí)，結(jié)果會(huì)偏差大。目前的研究中考慮非飽和層影響的研究很少。

3. 新發(fā)現(xiàn)：無量綱量ω? 來估算非飽和流影響。當(dāng)ω? > 10?0.5時(shí)，非飽和水流對(duì)潮汐響應(yīng)的影響明顯；否則影響可以忽略。

本研究強(qiáng)調(diào)在多層模型中考慮非飽和流的必要性，以提高預(yù)測(cè)越流含水層滲透率的準(zhǔn)確性。這項(xiàng)研究成果可以應(yīng)用在我國川南頁巖開采區(qū)，用以監(jiān)測(cè)回注井的滲漏問題。第二個(gè)應(yīng)用價(jià)值為研究深注水誘發(fā)地震力學(xué)機(jī)理模擬提供更為可靠的滲透率參數(shù)。第三個(gè)應(yīng)用是連續(xù)監(jiān)測(cè)地層滲透性，用于探索地層滲透性變化和地震孕育發(fā)生之間的關(guān)系。

研究成果2021年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Lithosphere》（Zhu, A. Y. (2021). Unsaturated Flow Influences the Response of Leaky Aquifer to Earth Tides. Lithosphere, 2021(Special 3), 6415482.）。研究受國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2018YFC1503200）資助。

【作者簡(jiǎn)介】

祝愛玉，女，北京理工大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)博士畢業(yè)，香港科技大學(xué)博士后，美國加州大學(xué)伯克利分校訪問學(xué)者。目前主要從事地球動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬，深注水誘發(fā)地震數(shù)值模擬，地震潮汐響應(yīng)數(shù)值模擬等方面的研究工作。